中国科大离子阱量子纠错超越盈亏平衡点

IT时代网10月27日消息，中国科学技术大学自旋磁共振实验室林毅恒教授与量子信息实验室邹长铃教授等合作，在量子纠错领域取得重要突破：研究团队利用单个离子的多能级编码逻辑比特，首次在离子阱平台实现多轮自动量子纠错，逻辑比特相干时间优于系统的最佳物理比特，超越了盈亏平衡点。相关成果10月23日发表在国际学术期刊《自然·物理》。

离子阱系统具有长相干时间、高保真量子门等优势，是容错量子计算最具潜力的体系之一，但其量子纠错方法通常依赖错误症状测量和实时反馈，实验复杂度高。研究团队采用自动量子纠错方案，以耗散工程方式替代测量与反馈：引入初始处于低熵状态的辅助系统，用相干操控将错误引入的熵转移至辅助系统，再通过耗散过程将辅助系统重新制备到低熵状态，反复循环持续抑制噪声影响。

实验在两个40Ca+离子系统中实现：一个离子的四个内部能级用于编码逻辑比特，另一个离子充当辅助，两个离子共有的振动模式充当熵转移载体。结果表明，实验室环境噪声下重复自动纠错后的逻辑比特相干时间约42毫秒，优于最佳物理比特的29.4毫秒和未纠错逻辑比特的24.7毫秒；在施加可控低频磁场噪声的情形下，自动纠错后的逻辑比特相干时间达到最佳物理比特的11.9倍。

该工作将单个离子的多能级编码与自动纠错相结合，为减少量子纠错的编码资源及控制开销提供了新思路，为发展更稳定的量子存储单元和离子阱容错量子计算提供了实验基础。

注：本文配图由AI生成，文中包含AI辅助创作的内容。

编辑：林一舟